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磁性半導体材料 コモンズ

国内特許コード P110004080
整理番号 BE060P11
掲載日 2011年7月6日
出願番号 特願2007-508224
登録番号 特許第4647654号
出願日 平成18年3月17日(2006.3.17)
登録日 平成22年12月17日(2010.12.17)
国際出願番号 JP2006305405
国際公開番号 WO2006098432
国際出願日 平成18年3月17日(2006.3.17)
国際公開日 平成18年9月21日(2006.9.21)
優先権データ
  • 特願2005-080572 (2005.3.18) JP
  • 特願2005-378897 (2005.12.28) JP
発明者
  • 細野 秀雄
  • 平野 正浩
  • 平松 秀典
  • 神谷 利夫
  • 柳 博
  • 本光 英治
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 磁性半導体材料 コモンズ
発明の概要 磁性イオンとして、d原子軌道に5個の電子を有する遷移金属イオン(Mn2+,Fe3+,Ru3+,Re2+,又はOs3+)を、少なくとも1種類含み、電子キャリアの注入によりn型電気伝導、及びホールキャリヤの注入によりp型電気伝導を発現することを特徴とする磁性半導体材料。具体例としては、化学式LnMnOPn(Lnは、Y、及びLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、又はLuの希土類元素のうちから選ばれた少なくとも1種、Pnは、N、P、As、Bi、又はSbのプニコゲン元素のうちから選ばれた少なくとも1種)で示されるオキシプニクタイド層状化合物が挙げられる。この磁性半導体材料の薄膜からなる磁性pnホモ接合構造を用いて、高感度な磁気センサー、電流センサー及びメモリーデバイスを作成することができる。
従来技術、競合技術の概要


磁性半導体化合物は、半導体的な電気伝導性と磁性が共存するユニークな化合物であり、
磁気転移温度(キュリー温度Tc,又はネール温度TN)付近に見られる大きな磁気抵抗
効果を利用して、磁気センサーなどへの応用が期待されている。しかし、これまで見出さ
れた磁性半導体化合物は、ほとんどがn型又はp型の単一伝導極性を有するものであり、
同一化合物で、p型、n型の両伝導極性を発現できる磁性半導体化合物は、CdCr2
4以外は報告されていない(非特許文献1)。



CdCr2Se4では、磁性を担う電子は、Cr3+イオンの3d6電子であり、一方、伝導
を担うホール及び電子は、Seの4p及びCdの4s電子である。したがって、磁性と電
気伝導の相互作用が小さい。さらに、Cr3+は、d電子配置3d6で、Mn2+イオン及び
Fe3+イオンの有する電子配置3d5に比べて、磁気モーメントが小さく、キュリー温度
が低い(150K)などの問題点があり、実用性のあるホモpn接合磁性体デバイスは実現し
ていない。



一方、磁性半導体と非磁性半導体とのpn接合構造を用いて、各種の磁性デバイスを作成
することが提案されている(非特許文献2~4)。これらのデバイスは、スピン・バイポ
ーラ・デバイスと名付けられている。これらのデバイスは、高品質なpn接合構造の形成
が難しいこと、磁性半導体の磁気転移温度が室温未満であることなどにより、実用デバイ
スは実現していない。



【非特許文献1】
P.W.Cheng et al. IEEE, Trans. Magn.4,702-704(1968)
【非特許文献2】
M.Johnsonn et al. Phys.Rev.Lett.55,1790(1985)
【非特許文献3】
Fiederling et al. Nature 402,787 (1999)
【非特許文献4】
Ohno et al. Nature 402,790 (1999)

産業上の利用分野


本発明は、同一化合物でn型又はp型の両伝導極性を発現できる磁性半導体材料、特にオ
キシプニクタイド層状化合物からなる磁性半導体材料に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
化学式LnMnOPn(Lnは、Y、及びLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、又はLuの希土類元素のうちから選ばれた少なくとも1種、Pnは、N、P、As、Bi、又はSbのプニコゲン元素のうちから選ばれた少なくとも1種)で示されるオキシプニクタイド層状化合物からなり、同一化合物で電子キャリアの注入によりn型電気伝導、及びホールキャリヤの注入によりp型電気伝導の両極性伝導を発現することを特徴とする磁性半導体材料。

【請求項2】
請求項1に記載の磁性半導体材料において、 酸素イオン(O2-)、及び/又はPnイオ
ン(Pn3-)の化学当量比を化学当量組成から減少させてLaMnO1-xPn1-y(0<x<0.1、0<y<0.1)とすることによりn型電気伝導を、また、増加させてLaMnO1+xPn1+y(0<x<0.1、0<y<0.1)とすることによりp型電気伝導を発現させてなることを特徴とする磁性半導体材料。

【請求項3】
請求項1に記載の磁性半導体材料において、Ln3+イオン位置に2価の金属イオン(Mg
2+,Ca2+,Sr2+,又はBa2+)をドープすることによりp型伝導を発現させ、また、Ln3+イオン位置に4価の金属イオン(Ti4+,Zr4+,Hf4+,Si4+,Ge4+,Sn4+,又はPb4+)をドープすることによりn型伝導を発現させてなることを特徴とする磁性半導体材料。

【請求項4】
請求項1に記載の磁性半導体材料からなることを特徴とする薄膜。

【請求項5】
請求項記載の薄膜からなるp型伝導磁性半導体材料とn型伝導性磁性半導体材料を接合
させたことを特徴とする磁性体pnホモ接合構造。

【請求項6】
請求項に記載される磁性体pnホモ接合構造を用いたことを特徴とする磁性体pnホモ
接合デバイス。

【請求項7】
外部磁場を検出するデバイス、電流を検出するデバイス、又は情報の書き込み、読み出し
、保持の機能を有するメモリーデバイスのいずれかであることを特徴とする請求項記載の磁性体pnホモ接合デバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO/SORST 透明酸化物のナノ構造を活用した機能開拓と応用展開 領域
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